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1、精选优质文档-倾情为你奉上积分式直流数字电压表摘要本双积分电压表系统以89C51单片机为核心、以分立元件制作的双积分型A/D转换器为主要部件的4位半积分式数字直流电压表,并对所设计的电压表进行了测试,结果测量误差0.03%,精度达到4位半。实现了自动量程转换功能,自动调零功能，有很好的实际应用价值。 关键词：单片机，双积分A/D转换器，自动调零，自动转换量程目录 方案论证与比较1.1.1 信号调理比较与选择方案一、信号经过缓冲器提高输入阻抗后经过低通滤波器后，然后由模拟开关选择信号放大与不放大，当信号大于200mv时不放大，小于200mv时经过仪表放大器进行放大。方案二、信号经过电压分阻条统一
2、衰减后经过缓冲器提高其负载能力，信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰，然后经过低噪声，高精度运放放大。方案论证：方案一对不同信号进行放大其电路复杂，当测量多个量程时放大电路的增益不一样，需多个放大电路成本很高，且用仪表放大器价格过于昂贵。方案二通过统一衰减后在进行放大其电路简单调试方便。所以采用方案二。 1.2 处理器的比较与选择STC单片机所特有的在线下载功能和其他公司的单片机不同，不是利用SPI进行在线编程，而是利用IAP功能，在系统运行时编程，因此，可以通过串口来对单片机进行编程。其电路极为简单，只要所使用的单片机系统具有232串口通信功能即可。.工作宽温度范围,
3、-4085,在系统可编程,无需编程器,可远程升级,抗干扰强.价格低廉,所以采用了STC单片机.1.3积分器比较与选择方案一、采用双极性运放UA741，UA741为通用运放价格便宜，容易购买。积分电容选择胆电容进行积分。方案二、采用FET运放TL062，其漏电流小，电容选择独石电容。方案论证：方案一ua741器基集电流大，失调电流大对积分产生影响，且胆电容的漏电流大也对积分产生一定影响，而方案二TL062为FET型输入阻抗高基集电流小且独石电容漏电流小。所以才用方案二。2 系统设计2.1 总体设计本设计基于STC89C51单片机的4位半积分式直流数字电压表设计的设计思路及实现方法。在设计中,充分
4、利用了89C51单片机内部的高速计数器和以分立元件组成的双积分型A/D转换器的优良特性,使整个设计达到了比较满意的效果。硬件设计主要有双电源电路、信号采集电路、量程转换电路、开关逻辑控制电路、积分比较与自动回零电路、单片机系统、显示电路组成。软件编程采用模块化结构,主要有时序子程序,系数运算子程序, BCD码转换子程序,自动量程转换子程序,显示子程序等组成。信号经过电阻分压器统一衰减后，经过运放缓冲后在经过高精度，低噪声，失调电压小的运放OP37放大，开始先对信号进行积分，后开始对基准源进行反积分，然后经过单片机运算处理后有单片机显示。 图一2.2 单元电路设计 2.2.1 信号调理调理电路
5、图二信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力，信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰，然后经过低噪声，高精度运放放大。放大倍数可有可变电阻进行调整补偿。2.2.2 双积分电路设计 图三单片机通过对开关逻辑控制电路来控制双积分A/D转换,单片机先控制开关逻辑控制电路使s2接通进行自动回零,接着OUT2接通将待测电压进行正积分,再使Vref接通对反积分基准电压进行反积分,同时单片机内部计数器开始计数,到一定时间后比较电路中的比较电路输出中断信号,单片机停止计数并将计数值滤波,通过减法、乘法和除法的系数运算最后转换成BCD码,再通过显示电路将待测电压值显示出来。A/
6、D转换是在单片机和开关逻辑控制电路的控制下有条不紊地进行,全部过程可分三个阶段:(1)正积分:也称信号采集阶段。在这个阶段,通过单片机对开关逻辑控制电路的控制对检测电压out2积分。积分器的输出电压随时间线性地增加。正积分时间由单片机控制,定时为T1,在T1结束时积分器的输出电压为: Vout(T1)=-1C2*R9out2 (公式一)(2)反积分:也称计数阶段。在这个阶段,通过单片机对开关逻辑控制电路的控制对基准电压ref积分。经过T2时间后回到0, Vout2（T2）=Vout1+1C2*R9Vref (公式二) T2=out2*T1/T2 (公式三)由此可以看出T2的大小取决于输入待测电
7、压Vx的大小。(3)自动回零:也称复位阶段,在该阶段,因反积分使比较器输出由高电平变成低电平,再由单片机控制开关逻辑控制电路动作,使VA导通,使得积分电容充分放大。2.2.3 基准电压电路设计 图四负电源电压采用高精度可编程稳压器件TL431产生，然后进过电源滤波。在经过缓冲器进行隔离，以免后级电路对基准源产生负载影响，影响基准源的精度。3 软件设计控制芯片为STC89C52,由于处理器速度较快,所以采用c语言编程方便简单.软件流程如图下 电压表主流程图4系统测试 电压测试数据（室温条件下）标准电压值自动量程选择实测电压值误差/1.000mV200mV档01.00mV050.000mV 200
8、mV档50.00mV0120.000mV档200mV120.01mV0.008199.990mV档200mV199.97mV-0.010.20020V2V档0.2000V-0.011.25000V2V档1.2503V0.0241.98000V2V档1.9804V0.020从标准稳压电源输出标准的待测电压,用5位半数字电压表作为校准设备,分别用5位半数字电压表和本电压表对待测电压进行测试,并对测试结果进行了比较,如表1所示。测试结果表明,本电压表的测量误差0.03%,精度达到4位半。当测量199.990mV和0.20020V两组标准电压值时,本电压表进行了自动量程转换,由此表明本电压表具有200
9、mV和2V两个量程并且可以实现自动量程转换功能。5 结论由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。参考文献：1模拟电子线路基础，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社，2004年；2数字电子技术基础，阎石著，北京：高等教育出版社，1997年；3单片机原理及应用，李建忠著，西安：西安电子科技大学，2002年；4王剑铭,黄俊杰,宁彦卿.新颖实用的单片机双积分A/D转换电路和软件J.郑州工业大学学报,2001；5李伟.一种高精度低成本A/D转换器的原理和实现J.自动化仪表,2007；6冯文涛,于明鑫.单片机控制的高精度双积分ADCJ.辽宁师专学报,200
10、4；附录：附1：元器件明细表：1、STC89C522、TL0623、OP374、1602液晶附2：仪器设备清单1、 低频信号发生器 2、 数字万用表 3、 数字示波器4、 稳压电源附3：电路图图纸 整体电路图附4：程序清单/SW1 S1 S0 00 A4 Vin 11 A7 GND /SW2 S1 S0 10 A6 Vref 11 A7 GND 01 A5 Vin/SW3 S 0 导通 1 断开/#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define LCD_DATA P0 sbit LCD
11、_RS = P24; sbit LCD_RW = P25; sbit LCD_EN = P26; sbit change_in = P30;sbit S2 = P31;sbit S3 = P32;sbit S4 = P34;sbit S5 = P35;/sbit S6 = P36;sbit P1_7 = P17; sbit cmp_in = P33; sbit P1_4 = P10; sbit P1_5 = P11;sbit P1_6 = P12; uchar compares_zero = a ,first_integral = b,second_integral = c, discharg
12、e = d, Operation = e;/状态定义为 校零 第一次积分 第二次积分 电容放电 运算 uchar state;uint regser; uchar code dis1 = current voltage; uchar dis2 = 00000 mv ; uchar cnt=0; /*/ /* /* 延时子程序 /* /*/ void delay(uint ms) uchar i; while(ms-) for(i = 0; i 250; i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*/ /* /*检查LCD忙状态 /*lcd_busy为1时
13、，忙，等待。lcd-busy为0时,闲，可写指令与数据。 /* /*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(LCD_DATA&0x80); LCD_EN = 0; return result; /*/ /* /*写指令数据到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=指令码。 /* /*/ void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS =
14、0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 1; LCD_DATA = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /*写显示数据到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=数据。 /* /*/ void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 1; LCD_DATA = dat; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; /*/ /* /* 设定
15、显示位置 /* /*/ void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos|0x80); /数据指针=80+地址变量 /*/ /* /* LCD初始化设定 /* /*/ void lcd_init() delay(15); /等待LCD电源稳定 lcd_wcmd(0x38); /16*2显示，5*7点阵，8位数据 delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /显示开，关光标 delay(5); lcd_wcmd(0x06); /字符进入 delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的显示内容 delay(5); /*/ /* /* 清屏子程序 /* /*/ void lcd_clr() lcd